Субмикронная литография презентация

Тенденции развития: уменьшение размера элемента (топологической нормы)
Lg - длина затвора
Xj - толщина легированных областей
Xox - толщина подзатворного диэлектрика
Топологическая норма - полуширина линии и пространства между линиями в регулярных плотно упакованных полосчатых структурах. Разрешение для изолированных элементов, например затворов транзисторов, может быть в 1,4–1,8 раз меньше топологической нормы.
bmin - топологическая норма

Тенденции развития: увеличение степени интеграции
1 – ранняя стадия выпуска ИС (удвоение количества транзисторов каждые 12 месяцев)
2 – микропроцессоры компании Intel (удвоение каждые 24 месяца) (коррекция закона Мура)
3 – схемы оперативной памяти (удвоение каждые 18 месяцев)
Закон Мура:
Количество транзисторов в интегральной схеме за год увеличивается примерно в два раза.

Проекционная литография
Предельное разрешение оптической литографии:
где k1 – технологический параметр,
λ – длина волны экспонирующего излучения,
NA – числовая апертура проекционных линз
где n – это показатель преломления среды над фоторезистом,
θ – это полуугол сбора лучей на подложке
где k2 – коэффициент пропорциональности
Глубина фокуса

Параметр k1
Параметр k1 был уменьшен с 0.8 в 1980 году до 0.4 сегодня. Величина k1 = 0.3 ожидается в ближайшие годы.
Этот прогресс связан с внедрением:
внеосевого освещения (распределения интенсивности освещения по поверхности не однородно и имеет специальную форму)
фазо-сдвигающих фотошаблонов (осуществляется управление не только амплитудой проходящего излучения, но и его фазой, что позволят за счёт интерференции получать необходимое изображение в резисте)
коррекции эффекта близости.

Фазосдвигающий шаблон
Фазосдвигающие шаблоны, в которых сдвиг
фазы световой волны на 180 градусов:
а - реализуется за счёт осаждения прозрачной плёнки;
б - за счёт травления материала фотошаблона
Толщина плёнки:
nf – показатель преломления материала плёнки
Глубина травления:
ng – показатель преломления материала шаблона

Принцип действия фазосдвигающего шаблона
Фазосдвигающий шаблон
Обычный шаблон

Коррекция эффекта близости
Для того чтобы в фоторезистивной маске создать необходимый рисунок приходится усложнять рисунок фотошаблона, вводя туда специальные элементы коррекции изображения. Резкие углы рисунка шаблона теряются в результате дифракции.

Длина волны экспонирующего излучения
Эволюция источников экспонирующего излучения:
Ртутные дуговые лампы (λ = 436 (g-line), 405 нм (h-line), 365 нм (i-line))
Hg дуговые лампы (λ ≈ 250 нм, глубокий УФ)
KrF лазер (λ = 248 нм, глубокий УФ, bmin= 350 – 130 нм)
ArF лазер (λ = 193 нм, глубокий УФ, bmin = 90 – 45 нм, 32 нм)
F2 лазер (λ = 157 нм, вакуумный УФ)
Импульсные источники (лазерная плазма) (λ = 13 нм, экстремальный УФ)
Рентгеновское синхротронное излучение (λ ≈ 1 нм)

Длина волны освещения и топологическая норма
По мере уменьшения топологической нормы происходит и уменьшение длины волны света, используемого в литографических установках для экспонирования фоторезиста через фотошаблон.
После ArF лазера c длиной волны 193 нм, возможно будет лазер на F2 c длиной волны 157 нм, а затем и новые импульсные источники некогерентного света на длину волны 13 нм.
Нет источников света на промежуточные длины волн.

Иммерсионная литография: увеличение числовой апертуры (NA)
NA = n sinθ,
где n – коэффициент преломления среды между линзой и фоторезистивной маской (для воздуха n = 1), θ – наибольший угол сбора лучей с поверхности резиста и определяется размером линзы.
NA выросла за счёт разработки новых линз от 0.5 (1990 г.) до 0.8 (2004 г.) и предполагается её рост до 1 и более в будущем. На пути совершенствования линз есть большие сложности (вес проекционных линз, уменьшающих рисунок шаблона, составляет более 1000 кг).
Более простой путь – это увеличение n за счёт замены воздуха на жидкую среду с большим n, например, на DI воду (n = 1.43662 на λ= 193 нм и 21.5 °С, рост NA на 44%). Это иммерсионная литография, первые установки будут использованы в промышленности в 2007 году.

Установка иммерсионной литографии
Микроскопические изображения резистивных масок, полученных с помощью иммерсионной литографии с полушириной линия-промежуток равной 65 нм (а), 50 (b) и 45 нм (c)

Экстремальная ультрафиолетовая литография
Длина волны излучения на уровне 10 нм обеспечивает прекрасное разрешение
Оптика - отражательная
Источник света – лазерная плазма

Источник импульсной лазерной плазмы
CO2 лазер
(основной импульс)
Nd:YAG лазер
(пред-импульс)
Камера с мишенью
светоделительная
пластина
Собирающее зеркало
Xe мишень из капельной струи

Импринтинг
Импринтинг – это метод литографии, когда трёхмерный рисунок в резисте получается посредством вдавливания в него штампа, на поверхности которого заранее сформирован необходимый рельефный рисунок.
Метод не предполагает использования света для передачи изображения в резист.
Запатентованное название: Step and Flash Imprint Lithography (S-FIL™)

Импринтинг: S-FIL технология

Импринтинг: технология
2-D рисунок
1-D рисунок
Дифракционная микролинза

Обращенный импринтинг
(S-FIL/R process)
S-FIL/R процесс: после формирования отпечатка, поверхность покрывается планаризирующим слоем (6), который травится до вскрытия слоя, по которому делался импринтинг (7), и затем, используя селективную маску планаризирующего материала, делается РИТ, формирующее обращённую маску с большим аспектным отношением (8).

Преимущества импринтинга
Низкая стоимость оборудования и технологии, так как не используется дорогая оптика, источники излучения и фотошаблоны;
Широкий спектр размеров, которые можно реализовать данным методом;
Не чувствительность к изменению плотности рисунка;
Нет сложностей характерных для оптической литографии, например, не нужна коррекция эффекта близости;
Гладкие края формируемых линий, высокий рельеф маски;
Возможность реализации позитивного и негативного процессов.

Применение наноимпринтинга